Исследование и реализация методов построения корпоративных программных систем для поддержки изменяющихся бизнес-процессов

В настоящей работе рассматриваются вопросы проектирования, разработки и интеграции программного обеспечения в приложении к информационным системам корпоративного типа.

Актуальность работы. В настоящее время процесс информатизации затрагивает практически все сферы человеческой деятельности, такие как: наука, управление, образование, производство, коммерция и т. д. В условиях современного технологического прогресса и возрастающей конкуренции эффективные средства управления, основой которых является широкое использование информационных технологий (ИТ), являются жизненно необходимым фактором. Предприятия, изменяющие или адаптирующие свои процессы под условия постоянно увеличивающихся скорости и объемов распространения информации, приобретают существенные преимущества по сравнению с конкурентами. Данный способ может подразумевать, в том числе, существенную реструктуризацию предприятия, изменение принципов его работы с тем, чтобы электронная инфраструктура стала неотъемлемой частью бизнес-процесса. В связи с этим возрастает количество проектов в области корпоративного программного обеспечения (ПО). Современные проекты этой сферы характеризуются возрастающими требованиями к срокам разработки, масштабам и сложности программных комплексов, а также частыми изменениями автоматизируемых процессов. Наряду с этим, известно, что разработка и внедрение корпоративных информационных систем (КИС) связана, как правило, с серьезными рисками [5, 26, 27, 33, 39, 48, 51, 54]. Наиболее непредсказуемым фактором в области создания информационных систем является человеческий. Одна из основных специфик разработок в информационной сфере — это уникальность каждого проекта [10]. В связи с этим, в современной индустрии информационных технологий (ИТ-индустрии) чрезвычайно важны системный подход, использование новых технологий и методологий, позволяющих повысить эффективность разработки и использования разрабатываемых ИС, и наиболее полно удовлетворять запросам пользователей. На основании выше изложенных положений следует, что важность поиска новых методологий использования информации, практической информатизации различных отраслей деятельности человека, разработки программного обеспечения на основе архитектур, поддерживающих стандарты открытых систем [31], является неоспоримой.

Состояние проблемы. Основными особенностями современного подхода к построению информационных систем являются:

• всесторонний анализ бизнес-процессов предприятия, на основе которого разрабатывается проект информационной системы и обоснование заложенных в ней решений;

• использование широкого спектра современных методологий и инструментальных средств моделирования и проектирования систем;

• детальная проработка всех этапов разработки проекта, основанная на анализе данных о функционировании конкретного предприятия.

В настоящее время разработаны ряд методологий и программных средств моделирования бизнес-процессов и компонентов информационных систем [5, 24, 34, 36, 39, 48, 81, 82, 87, 89, 90, 100, 103, 104, 107]. Их спецификой является широта охвата предметных областей и ориентированность на создание ПО любого назначения, связанная с коммерческими интересами компаний, разрабатывающих эти методологии и соответствующие СА8Е-средства. Это приводит к сложности их применения в оригинальном виде, а также значительным временным и финансовым затратам при адаптации коммерческих методологий для реализации конкретных проектов области корпоративного программного обеспечения. Характерной особенностью таких проектов являются: сжатые сроки реализации всех этаповпроведение анализа предметной области путем интервью с бизнес-пользователями, не являющимися ИТ-специалистамичастые изменения и добавления требований к системечастые корректировки бизнес-процессов. Существует необходимость понимания моделей непосредственно заказчиком программного обеспечения.

С другой стороны, имеют место разнообразные подходы к проектированию архитектуры программного обеспечения, технологии распределения объектов систем, принципы программирования компонентов программного обеспечения. Анализ литературы в области разработки корпоративных информационных систем позволил сделать выводы о том, что подходы, существующие в настоящее время, не в полной мере позволяют реализовать требования к созданию любой КИС универсальным способом. К таким требованиям относятся: скорость разработки, гибкость настройки поведения системы, повторное использование программного кода, реализация гибкой модели управления доступом и регистрации событий, происходящих в системе. В связи с этим актуальным является поиск и создание методов проектирования и разработки КИС, в более полной мере удовлетворяющих выше изложенным требованиям.

Объект исследования. Корпоративные информационные системы оперативной обработки данных, поддерживающие сложные, изменяющиеся бизнес-процессы.

Предмет исследования. Повышение эффективности проектирования, разработки и сопровождения класса систем, являющегося объектом исследования диссертации.

Цель диссертационной работы заключается в исследовании существующих и создании новых методов проектирования и разработки программного обеспечения крупномасштабных информационных систем корпоративного типа, поддерживающих сложные, часто меняющиеся бизнес-процессы.

Исходя из указанной цели диссертационного исследования, задачами, решаемыми в работе, являются:

1) исследование и классификация различных типов информационных систем;

2) исследование и систематизация особенностей построения и интеграции распределенных информационных систем масштаба корпорации;

3) анализ методов и средств защиты данных, используемых в информационных системах;

4) исследование современных методик, средств и стандартов проектирования и разработки программного обеспечения;

5) выбор модели жизненного цикла программного обеспечения корпоративного типа;

6) разработка эффективной методики анализа и моделирования автоматизируемой предметной области и создания функциональной модели системы;

7) организация и реализация метода построения КИС, позволяющего разработать в сжатые сроки гибко настраиваемые программные системы, обладающие требуемым уровнем безопасности, со сниженными потребностями в изменении программного кода и высоким быстродействием;

8) разработка универсального программного блока централизованного управления поведением системы, реализующего предложенный подход;

9) исследование и создание алгоритма выбора стратегической архитектуры и базовых технологий систем предприятия;

10) автоматизация брокерской деятельности инвестиционного банка путем проектирования и разработки многомодульной защищенной масштабируемой информационной системы и ее интеграция как с программными комплексами смежных подразделений предприятия, так и с информационными системами других организаций.

Решение поставленных в работе задач имеет существенное значение для создания программного обеспечения информационных систем с базами данных, призванных автоматизировать бизнес-процессы предприятий в самых различных областях деятельности.

Методы исследования. При решении поставленных задач в диссертационной работе использованы аппараты системного анализа, объектно-ориентированного проектирования и программирования, теории автоматов, теории графов, теории информационных систем, системное моделирование, методы защиты информации. На защиту выносятся следующие положения:

1) методика проектирования и разработки корпоративных программных систем, основанная на алгоритмах и принципах математического аппарата теории автоматов;

2) метод моделирования предметной области на основе смешанного объектно-ориентированного и структурного подходов, позволяющий проектировать информационные системы корпоративного типа в сжатые сроки в условиях недостаточной квалификации экспертов предметной области в информационных технологиях;

3) метод организации управления программными объектами системы, базирующийся на алгоритмах аппарата теории автоматов, позволяющий разрабатывать информационные системы, обладающие гибкой моделью управления доступом, средствами регистрации действий пользователей, механизмом настройки поведения программных объектов без необходимости перепрограммирования, свойством автоматического документирования своих функций;

4) архитектурные и технологические решения для создания корпоративных информационных систем оперативной обработки данных различного масштаба;

5) архитектура и интерфейсы распределенной информационной системы поддержки брокерской деятельности инвестиционного банка, разработанные с учетом проведенного анализа и предложенных методик;

6) результаты реализации, внедрения программного комплекса поддержки брокерской деятельности инвестиционного банка и его интеграции со следующими информационными системами: торговой системой Московской Межбанковской Валютной Биржи, Российской Торговой Системой, Лондонской фондовой биржи, системой депозитария, системой бухгалтерского учета предприятия.

Научная новизна результатов работы определяется тем, что в ней впервые предложен и реализован метод проектирования корпоративной информационной системы на базе централизованного универсального блока управления, функционирующего в соответствии с алгоритмами, которые могут быть представлены математическим аппаратом теории автоматов. Данный подход позволяет сократить сроки разработки информационных систем, распараллелить программирование базисных (внутренних) функций с настройкой последовательностей выполнения этих функций, иметь гибкую, легко модифицируемую модель управления доступом, снизить затраты на сопровождение систем.

Практическая значимость полученных результатов определяется преимуществами и новизной предложенных подходов для разработки и интеграции корпоративных информационных систем различного масштаба, поддерживающих сложные, часто меняющиеся бизнес-процессы. Предложенный механизм проектирования систем на основе централизованного блока управления, функционирующего в соответствии с подходом, основанным на применении алгоритмов аппарата теории автоматов, может быть применен для разработки или реинжиниринга программных комплексов, поддерживающих нестационарные бизнес-процессы. Такие процессы характерны для финансовой сферы, однако, разработанные методы могут быть применены и в других областях, таких как: управление транспортными потоками, производственными процессами, нефте и газопроводными магистралями, системами оповещения о чрезвычайных ситуациях и т. д. Предложенные методики обеспечивают ускоренные, по сравнению с существующими аналогами, сроки разработки и внедрения программных систем, более высокое качество последних, а также позволяют уменьшить затраты на сопровождение, облегчить модернизацию, интеграцию и наращивание функциональности программного обеспечения. Проведенные исследования были доведены до практических решений и рекомендаций, и на их основе была разработана программная система автоматизации брокерской деятельности ведущего Российского инвестиционного банка.

Внедрение результатов исследования. Разработанные и развитые в работе подходы, модели и средства: метод проектирования программных систем на базе централизованного блока управления, методика моделирования предметной области и функционального специфицирования системы, методика выбора технологических и архитектурных решений, — положены в основу построения ПС автоматизации брокерской деятельности ведущего инвестиционного банка Brunswick UBS (в настоящее время московского отделения банка UBS) с численностью персонала около 200 человек. Также предложенные методы и алгоритмы легли в основу стратегии развития информационной инфраструктуры компании и последующих разработок. Экономия на внедрении информационной системы по оценкам специалистов компании составила порядка 100 ООО долларов США. Экономический эффект от эксплуатации системы составляет не менее 100 000 долларов США в год.

Апробация результатов работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях «Научная сессия МИФИ-2002» (Москва, 2002), международной научно-практической конференции «Румянцевские чтения. Экономика, государство и общество в 21-м веке» (Москва 2004), «Научная сессия МИФИ-2005» (Москва 2005).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и приложений. Общий объем работы 157 страниц, 48 рисунков, 22 таблиц, список литературы из 115 наименований.

Выводы.

В данной главе представлены результаты реализации программной системы поддержки брокерской деятельности, а также ее интеграции как с другими программными комплексами предприятия, так и информационными системами сторонних организаций.

Разработка проводилась на основании методик, разработанных в главах 2, 3, и с использованием результатов исследований главы 1 диссертационной работы, что позволило за короткие сроки ограниченными ресурсами реализовать программную поддержку основного бизнес-процесса одного из ведущих инвестиционных банков в России, и, тем самым, снизить операционные расходы и повысить конкурентоспособность организации.

Результатом разработки системы на основе предложенных автором подходов и методов стало ее внедрение в промышленную эксплуатацию в установленные сроки, что подтверждено актом о внедрении, а также ее успешная эксплуатация в течение более двух лет.

Заключение

.

В настоящей работе решена задача исследования и разработки методов проектирования и реализации программных систем, поддерживающих сложные часто меняющиеся процессы. Выполнено теоретическое обоснование и разработка новой методики построения программных комплексов корпоративного типа, основанной на алгоритмах математического аппарата конечных автоматов. Теоретические исследования практически апробированы на примере созданного прикладного программного обеспечения, примененного для решения задачи автоматизации брокерской деятельности инвестиционного банка. Основные результаты, полученные в ходе работы, сводятся к следующему:

1. Исследованы различные типы корпоративных информационных систем, произведена их классификация, сформулированы задачи и требования к классу программного обеспечения, являющемуся объектом исследования работы.

2. На основе анализа современных технологий проектирования и разработки информационных систем, предложены архитектурные решения для создания корпоративных систем различного масштаба.

3. Обосновано применение алгоритмов математического аппарата теории автоматов для решения задач разработки корпоративного программного обеспечения.

4. Создана методика проектирования и разработки информационных систем на основе алгоритмов математического аппарата теории автоматов. Данный математический аппарат был впервые применен для задач разработки корпоративных информационных систем. Архитектура системы базируется на централизации управления логикой поведения объектов и позволяет создавать программные комплексы, обладающие свойствами быстрой адаптации к изменениям бизнес-процессов, простотой наращивания функциональности, гибкостью управления доступом, унифицированным механизмом регистрации действий пользователей и возможностью их всестороннего анализа, а также автоматической документацией функций системы.

5. На основании современных методологий и стандартов проектирования разработана методика моделирования предметной области и функционального специфицирования системы в приложении к задачам разработки крупных корпоративных информационных систем обработки текущих операций. Предложенные подходы позволяют эффективно взаимодействовать и согласовывать результаты исследований разработчикам ПО со специалистами предметной области. Разработанная методика предполагает разностороннее моделирование предметной области на основании стандартов 11МЬ и проектирование информационной системы по итеративной модели жизненного цикла.

6. Создан блок централизованного управления объектами системы, реализующий предложенный «автоматный» подход. Блок разработан в виде программной библиотеки, пригодной для использования в любой распределенной системе с базой данных, спроектированной по предложенной методике.

7. Предложен метод разработки архитектуры системы на базе модели управления рисками, позволяющий на раннем этапе устранить риск ошибки выбора технологии, а также минимизировать трудозатраты на решение архитектурных вопросов в процессе разработки функциональности системы.

8. Разработаны архитектура и интерфейсы распределенной информационной системы поддержки брокерской деятельности с применением предложенных методик и проведенного анализа, а также выполнен комплекс мероприятий по ее созданию и введению в эксплуатацию.

9. Произведена интеграция разработанного программного комплекса со следующими информационными системами: торговой системой Московской Межбанковской Валютной Биржи (в реальном времени), Российской Торговой Системой (в реальном масштабе времени), Лондонской Фондовой Биржей (в реальном масштабе времени), системой депозитария (в реальном масштабе времени), системой бухгалтерского учета предприятия (загрузка данных происходит раз в сутки).

Результаты внедрения интегрированного программного комплекса корпоративного типа в приложении к задачам поддержки операций на фондовом рынке, разработанного по предложенным методикам, свидетельствуют о сокращении сроков и уменьшении стоимости внедрения по сравнению с существующими подходами, а также о высокой мобильности, расширяемости, масштабируемости и эргономичности реализации. Промышленная реализация корпоративного программного обеспечения проведена с использованием современных CASE и RAD средств.

Опыт более чем двухлетней эксплуатации системы позволяет сделать выводы об эффективности заложенных в нее конструкторских решений и методик, примененных при разработке и дальнейших этапах жизненного цикла. Программный комплекс обладает свойствами гибкой адаптации к изменениям бизнес-процессов организации, простотой наращивания функциональности и интеграции с информационными системами смежных подразделений и сторонних организаций, а также отвечает требуемому уровню безопасности. С момента ввода в эксплуатацию количество обрабатываемых операций увеличилось не менее чем в 5 раз, однако это не привело к ухудшению эксплуатационных характеристик программного обеспечения. Экономический эффект от эксплуатации данной системы составляет не менее 100 ООО долларов США в год. Экономический эффект складывается из экономии заработной платы ввиду сокращения требуемого количества операционистов для обработки возрастающего объема сделок, значительного увеличения торгового оборота компании, а также снижения расходов на сопровождение, модификацию и наращивание функциональности системы.

Опыт практического внедрения свидетельствует об актуальности, оригинальности и продуктивности подхода в целом и отдельных разработанных методов, программных средств и решений. Практическая значимость выполненной работы подтверждается актами о внедрении и эксплуатации.